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挑选RF和微波滤波器的八大诀窍

在不了解会受到何种损害的情况下,具备高深的数字电子知识的设计师发现,当需要给无线器件确定滤波器参数时,急需复习射频基础知识。如果没有考虑滤波器类型和最低技术规格要求方面的基本要素,可能导致产品不能

  在不了解会遭到何种危害的状况下,具有深邃的数字电子常识的规划师发现,当需求给无线器材确认滤波器参数时,急需温习射频根底常识。假如没有考虑滤波器类型和最低技能规范要求方面的根本要素,或许导致产品不能经过“测验”,成果产品又得重新开端规划,导致价值贵重的出产推延。另一方面,懂得怎么精确确认滤波器参数,将有助于使出产出的产品满意客户的出产规范和功用。事实上,这种常识有助于在进步产品在市场上的成功时机的一起,操控出产费用。

  从根底开端

  在当今无线范畴,剧烈的扩展带宽的竞赛迫使人们要愈加重视滤波器的功能。假如对滤波器参数确认不精确,最终会导致频率抵触,反过来使规划组又得处理串扰、掉线、数据丢掉以及网络连接中止的问题。

  滤波器界说不完好或不精确这一问题产生的部分原因是现在电子市场对数字电子很热心。依据某些计算,80%~90%的新电子规划工程师都是软件和数字方面的。常识缺口就在于此,由于不论传输的信息是否是数字方式,当信息经过无线电或微波传输时,载波信号总是恪守电磁学物理规律。

  所幸的是,对滤波器功能参数的某些重要根底进行快速重温,可协助工程师正确找出满意特定运用的滤波器。开端时假如挑选正确,则能节约时间和金钱,在订货这些必不可少的元件时就能保证价廉物美。

  1.了解根本呼应曲线

  滤波器的根本呼应曲线包含:带通、低通、高通、带阻、双工器,如图1A-1F所示。每一个特定形状都决议了哪些频率能够经过,哪些不能经过。

  无疑,这一组中最常见的是带通滤波器。一切工程师都知道,带通滤波器答应两个特定频率之间的信号经过,对其它频率的信号进行按捺。例如声表面波滤波器(SAW)、晶体滤波器、陶瓷和腔体滤波器。作为参阅,Anatech Electronics公司制作的腔体带通滤波器的频率掩盖规模为15 MHz~20 GHz,带宽在1%~100%规模。下表给出了Anatech Electronics公司的集总元件带通滤波器的悉数技能参数。一切制作商都采用了用滤波器中心频率两头0.5 dB、1 dB或3 dB衰减点界说通频带的办法。

 2.包含一切必要的技能参数

  经常呈现这一状况,工程师给出一个需求“一个100 MHz带通滤波器”的简略要求,这一要求明显信息量太少了。滤波器供货商真实难以依据这么点信息就签单。

  给出一切必要的信息从具体给出一切频率参数开端,如:

  中心频率(Fo): 一般界说为带通滤波器(或带阻滤波器)的两个3 dB点之间的中点,一般用两个3 dB点的算术平均来表明。

  截止频率(Fc):为低通滤波器或高通滤波器的通带到阻带开端的转换点,该转换点一般为3 dB点。

  按捺频率:信号衰减某些特定值或值的调集的特定频率或频率组。有时界说抱负通带之外的频率区为按捺频率或频率组,所经过的衰减称为按捺。

  滤波器类型决议了特定频率。对带通和带阻滤波器,特定频率为中心频率。对低通和高通滤波器,特定频率为截止频率。

  为了完好起见,工程师还应界说下列特性,如:

  阻带:滤波器不传输的特定频率值之间的频率带。

  阻隔:双工器中,考虑接纳(Rx)通道时为按捺传输(Tx)频率的才能,考虑传输(Tx)频率时为按捺接纳(Rx)频率的才能,称为Rx/Tx阻隔。阻隔度越高,滤波器能够将Rx信号与Tx信号阻隔开的才能就越强,反之亦然。其成果是传输和接纳信号都愈加洁净。

  插入损耗(IL):表明器材中功率损耗的一个值,IL =10Log(Pl/Pin), 与频率无关,其间Pl为负载功率,Pin为从产生器输入的功率。

  回波损耗(RL):为滤波器功能的一种衡量,表明滤波器输入和输出阻抗挨近抱负阻抗值的程度。回波损耗界说为:RL = 10Log(Pr/Pin),与频率无关,其间Pr为反射回产生器的功率。

  群推迟(GD): 群推迟表明器材相位线性的巨细。由于相位推迟呈现于滤波器的输出端,了解这种相移随频率的改变是否为线性很重要。假如相移随频率非线性改变,输出波形将产生畸变。群推迟界说为相移随频率改变的导数。由于线性函数的导数为常数,所以线性相移引起的群推迟为常数。

  形状因子(SF): 滤波器的形状因子一般为阻带带宽(BW)与3 dB带宽的比值。它是滤波器边际的峻峭程度的一种测量。例如,假如40 dB带宽为40 MHz,3 dB带宽10 MHz,则形状因子为40/10=4。

  阻抗:以欧姆为单位的滤波器源阻抗(输入)和端接阻抗(输出)。一般状况下,输入阻抗和输出阻抗相同。

  相对衰减:测到的最小衰减点处衰减与抱负按捺点的衰减的差异。一般,相对衰减以dBc为单位表明。

  纹波(Ar):表明滤波器通频带平整度的巨细,一般以分贝表明。滤波器纹波的巨细影响回波损耗。纹波越大,则回波损耗越严峻,反之亦然。

  按捺:同上。

  工作温度:滤波器规划的工作温度规模。

  3.不要寻求不切实践的滤波器特性

  工程师有时会提出如下的要求:“我需求通频带为1,490~1,510 MHz,1,511 MHz处的按捺巨细为70 dB。”这一要求无法完成。实践上,按捺是逐步改变的,不是90°急剧下降,更实践的参数为违背中心频率约10%。

  另一个状况是要求滤波器例如“按捺1,960 MHz频率以上的一切成分。”这时,工程师有必要意识到不或许衰减该按捺频率直到无限高频率之间的一切频率。有必要设置某些鸿沟。更实践的办法或许是,将通频带邻近的特定按捺频率衰减两到三倍。

  4.争夺完成合理的VSWR

  常运用电压驻波比(VSWR)表明滤波器的功率,为一比值,巨细在1到无穷大之间,用来表明反射能量的巨细。1表明一切能量都无损耗经过。大于1 的一切值都表明有部分能量被反射,即浪费了。

  可是,在实践的电子电路中,1:1 的VSWR简直不或许到达。一般,比值1:5更实践一些。假如要求到达的值小于该值,则会下降效益本钱比。

  5.考虑功率处理才能

  功率处理才能为以瓦为单位的额外平均功率,超越该值则滤波器功能会下降或许失效。此外还需求留意,滤波器的尺度在某种程度上决议于其功率处理才能的要求。一般地,功率越大,则滤波器所占电路板面积越大。制作商,如Anatech,一向致力于运用新式算法来满意这些挑战性的利益需求,预先在算法上作规划能节约本钱。

  6.一起、双向通讯中的阻隔要素

  阻隔是双工器的一个特别重要的方面,从接纳通道看时,阻隔表明滤波器按捺传输频率的才能,反之亦然。阻隔越大,则两者分得越开,传输信号和接纳信号就越洁净。

7.留意作出取舍

  功能越高则本钱越高。这正是为什么需求精确认义的原因,由于精确认义能够减少不需求的极点状况,因此能够防止不必要的费用开支。

  除此之外,对其他要素也需求相互权衡。例如,按捺频率与中心频率越挨近,则滤波器越杂乱,这有时会形成插入损耗更大。

  别的,滤波器功能越高一般使其占板面积越大。例如,从通频带到按捺的十分峻峭的改变需求具有更多腔体和段数,使滤波器更杂乱。可是假如电路板费用很重要,则功能有时有必要有所减少。

  8.寻觅能够在各种要求之间作出平衡的制作商

  尽管滤波器销售商与滤波器功能的固有特性无关,但挑选滤波器销售商时,仍是需求像重视元件自身要求相同对此予以重视。一个优异而安稳的专门出产滤波器的制作商,能经常出产出特定部件来补偿产品规划缺点。

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